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DEPARTAMENTO DE: Química.ASIGNATURA: Química Orgánica II
CARRERAS: Licenciatura en Biología Molecular- Bioquímica
CUATRIMESTRE: segundo
VIGENCIA: 2007
PROFESOR RESPOSABLE: Dra. Marcela Kurina
Oferta académica
Código
Plan de estudios
Denominación de la carrera: Licenciatura en Biología Molecular- Licenciatura en Bioquímica
Crédito Horario total: 120h.
Crédito Horario semanal: 11 h.
Equipo docente:
Dra. Marcela Kurina Sanz
Dra. Virginia Juan Hickawzuck
Dr. Carlos Pungitore
Bioquímico. Alejandro A. Orden
Características del curso
Clases teórico-prácticas. Introducción teórica al tema y resolución de problemas. Clases prácticas de
laboratorio con evaluación de los conocimientos previos. Examinaciones parciales escritas. Examinaciones
finales orales.
Fundamentación del curso:
La necesidad e interés de conocer las estructuras que conforman a los organismos vivos e interrelacionan con
ellos, determina que la Química y particularmente la Química Orgánica sea una disciplina dinámica como su
objeto de estudio. Los avances en la aplicación de metodologías analíticas de alta tecnología, principalmente
los métodos espectroscópicos, espectrométricos y computacionales, han contribuído, en las últimas décadas,
con el vertiginoso desarrollo del conocimiento en este campo y su proyección a otras disciplinas. Se ha
consolidado así el conocimiento estructural y se ha podido abordar el estudio de los mecanismos de las
reacciones químicas y bioquímicas. Al ingresar a este curso, el alumno ha recibido una formación básica de
química orgánica habiendo alcanzado un adecuado nivel de conocimientos de la relación estructurapropiedades físicoquímicas y mecanismos de reacción de los compuestos orgánicos esenciales. Su dictado se
realiza previo al primer curso de química biológica donde se integrarán los conocimientos adquiridos al
estudio de las rutas metabólicas. Los temas comprenden capítulos básicos de la química orgánica tales como
el estudio de los compuestos heterocíclicos, su química y reacciones y una introducción al estudio de los
métodos espectroscópicos no comprendidos en el primer curso de química orgánica. Además abarca el
estudio estructural de biomoléculas como hidratos de carbono, péptidos y proteínas, lípidos, terpenoides,
materias colorantes naturales, ácidos nucleicos, vitaminas y coenzimas. Así mismo considera aspectos
básicos de bioenergética y mecanismos químicos de reacciones enzimáticamente catalizadas.
Objetivos del Curso
• Completar la formación básica en mecanismos de reacción estructura y métodos analíticos de la química
orgánica (heterocíclica y métodos espectroscópicos).
• Introducir al conocimiento de moléculas simples (monosacáridos, aminoácidos, nucleótidos, ácidos grasos)
que forman parte de sistemas estructurales de interés biológico.
• Conocer las estructuras de componentes abundantes en la naturaleza (terpenoides, alcaloides, esteroides,
colorantes naturales) y de aquellos que actúan formando parte de los catalizadores biológicos.
• Conocer las estructuras químicas componentes de la materia viva y comprender su interacción para dar
origen a estructuras supramoleculares organizadas (hidratos de carbono, lípidos, proteínas y ácidos
nucleicos).
• Comprender la relación entre la estructura y la función biológica e interpretar mecanísticamente las
reacciones involucradas en rutas metabólicas.
• Aplicar los conocimientos a la realización de Trabajos Prácticos de Laboratorio y a la resolución de
problemas.
Resumen de objetivos
•
•
•
Completar la formación básica en mecanismos de reacción estructura y métodos analíticos de la química
orgánica (heterocíclica y métodos espectroscópicos).
Consolidar el conocimiento de la relación estructura y propiedades físicoquímicas de moléculas simples
(monosacáridos, aminoácidos, nucleótidos, ácidos grasos) que forman parte de sistemas estructurales de
interés biológico.
Conocer las estructuras químicas componentes de la materia viva y comprender su interacción para dar
origen a estructuras supramoleculares organizadas (hidratos de carbono, lípidos, proteínas y ácidos
nucleicos).Interpretar el mecanismo químico de reacciones enzimáticas.
Programa sintético:
Tema 1: Introducción al empleo de técnicas espectroscópicas en la dilucidación de estructuras orgánicas.
Tema 2: Estructura y química de los compuestos heterociclicos pentatómicos.
Tema 3: Estructura y química de los compuestos heterocíclicos hexatómicos.
Tema 4: Compuestos heterocíclicos de interés biológico.
Tema 5: Carbohidratos. Monosacáridos.
Tema 6: Carbohidratos. Glicósidos.
Tema 7: Carbohidratos. Polisacáridos
Tema 8: Lípidos: Ácidos grasos. Lípidos Complejos. Terpenoides. Carotenoides
Tema 9: Lípidos: Esteroides. Estructuras. Análisis conformacional y reacciones
Tema 10: Proteínas. Aminoácidos. El enlace peptídico
Tema 11: Proteínas. Estructura primaria. Síntesis de péptidos
Tema 12: Proteínas: Arquitectura. Estructura secundaria, terciaria y cuaternaria.
Tema 13: Nucleótidos. Bioenergética
Tema 14: Ácidos nucleicos. ADN. Estructura y propiedades.
Tema 15: Ácidos nucleicos. ARN. Mecanismos. Secuenciamiento de ADN.
Tema 16: Vitaminas liposolubles. A, D, E y K.
Tema 17: Vitaminas y coenzimas de oxido-reducción.
Tema 18: Vitaminas y coenzimas transportadoras de grupos.
Introducción al empleo de técnicas espectroscópicas en la dilucidación de estructuras orgánicas.Estructura y
química de los compuestos heterociclicos pentatómicos y hexatómicos. Compuestos heterocíclicos de interés
biológico. Estructura y química de Carbohidratos: Monosacáridos, Glicósidos y Polisacáridos. Estructura y química
de Lípidos: Ácidos grasos, Lípidos Complejos, Terpenoides, Carotenoides, Esteroides. Estructura y química de
Proteínas: Aminoácidos, El enlace peptídico, Estructura primaria, Síntesis de péptidos, Arquitectura proteica.
Estructura secundaria, terciaria y cuaternaria. Estructura y química de Nucleótidos. Bioenergética. Ácidos
nucleicos: ADN, Estructura y propiedades. ARN. Mecanismos. Secuenciamiento de ADN. Estructura química y
mecanismos de reacciones y/o procesos biológicos que involucren Vitaminas liposolubles: A, D, E y K. Estructura
química y mecanismos de reacciones y/o procesos biológicos que involucren Vitaminas y coenzimas de oxidoreducción y transportadoras de grupos.
Programa analítico
TEMA 1.
INTRODUCCIÓN AL EMPLEO DE TÉCNICAS ESPECTROSCÓPICAS EN LA DILUCIDACIÓN DE
ESTRUCTURAS ORGÁNICAS.
Introducción a la espectroscopia de Resonancia Magnética nuclear (RMN). RMN de 1H. Desplazamiento químico.
Equivalencia química. Integración. Acoplamiento spin-spin. Interpretación de espectros. RMN de núcleos
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diferentes a H. RMN de C. Fundamentos. Integración. Desacoplamientos. Interpretación. Usos bioquímicos de
espectroscopia RMN.
Introducción a la espectrometría de masas (EM). El espectrómetro de masas. El espectro de masas.
Determinación del peso molecular. Esquemas de fragmentación en moléculas orgánicas. EM de alta resolución.
Dispersión óptica rotatoria (DOR) y dicroísmo circular (DC): Principios básicos. Análisis configuracional. Aplicación
al análisis de biopolímeros.
TEMA 2.
ESTRUCTURA Y QUÍMICA DE LOS COMPUESTOS HETEROCICLICOS PENTATÓMICOS.
Clasificación.
Nomenclatura. Heterocíclicos pentatómicos con un heteroátomo: furano, tiofeno, pirrol.
Descripción estructural. Propiedades. Acidez y basicidad. Reactividad frente a SEAr y adiciones. Reacciones.
Síntesis. Heterocíclicos pentatómicos con dos ó más heteroátomos.
TEMA 3.
ESTRUCTURA Y QUÍMICA DE LOS COMPUESTOS HETEROCICLICOS HEXATÓMICOS.
Piridina. Descripción estructural. Propiedades. Basicidad. Reactividad frente a SEAr y SNAr. Derivados: N-óxidos
de piridina y sales de piridinio. Pirano y tiopirano. Heterocíclicos hexatómicos con dos ó más heteroátomos.
TEMA 4.
COMPUESTOS HETEROCÍCLICOS DE INTERÉS BIOLÓGICO
Sistemas heterocíclicos condensados con dos ó más heteroátomos: Estructura, propiedades y reacciones de
algunos ejemplos de interés biológico. Bases nitrogenadas. Alcaloides.
Pironas. Propiedades y reactividad. Ión flavilio. Flavonoides. Derivados de interés biológico.
Porfirinas: El anillo de Porfina. Estructura y propiedades. Metalocomplejos. Constitución química del grupo Hem.
Transporte de Oxígeno en sistemas biológicos. Citocromos, catalasas y peroxidasas. Clorofilas. Estructura,
localización y función biológica.
TEMA 5.
CARBOHIDRATOS: MONOSACÁRIDOS.
Generalidades. Clasificación. Nomenclatura. Isomería: estereoisómeros, epímeros. Hemiacetales cíclicos:
estructuras furanósicas y piranósicas. Representaciones. Anómeros. Análisis conformacional. Efecto anomérico.
Mutarrotación. Análisis espectroscópico. Química polifuncional de los monosacáridos. Oxidaciones: ácidos
aldónicos, aldáricos y urónicos. Ruptura oxidativa de azúcares. Alditoles. Condensación con derivados
nitrogenados: formación de fenilosazonas. Formación de esteres y éteres derivados de monosacáridos. Elongación
de cadena y degradación de monosacáridos. Derivados biológicamente importantes de monosacáridos: ésteres
fosfóricos, aminoazúcares, azúcares alcoholes y azúcares ácidos.
TEMA 6.
CARBOHIDRATOS: GLICÓSIDOS Y OLIGOSACÁRIDOS.
Glicósidos. Estructura. Nomenclatura. Clasificación. Síntesis de glicósidos. Hidrólisis química de glicósidos.
Análisis mecanístico.
Disacáridos y trisacáridos. Generalidades. Ejemplos. Clasificación. Análisis estructural. Aplicación de métodos
químicos, enzimáticos, cromatográficos y espectroscópicos. Estructuras de celobiosa, maltosa, lactosa y
sacarosa.
TEMA 7.
CARBOHIDRATOS: POLISACÁRIDOS.
Clasificación. Caracteres generales. Rol biológico. Polisacáridos de reserva: almidón y glucógeno. Descripción
estructural. Análisis químico comparativo. Degradación de glucógeno. Polisacáridos estructurales: componentes
de paredes celulares: celulosa, muropéptido. Sustancia intersticial de tejidos animales. Exoesqueletos.
Glucoproteínas. Métodos químicos de estudio de sus estructuras: Permetilaciones e hidrólisis. Degradación de
Smith.
TEMA 8.
LIPIDOS.
Clasificación y estructura. Acidos grasos saturados e insaturados. Acidos grasos esenciales. Propiedades físicas y
químicas. Triacilglicéridos. Glucoacilglicéridos. Fosfoglicéridos. Esfingolípidos. Glucoesfingolípidos neutros y
ácidos. Ceras. Derivados de ácidos grasos biológicamente importantes. Aplicación de métodos cromatográficos y
espectroscópicos.
Terpenos: Clasificación. Estructura y función de Coenzima A. Biosíntesis de ácido mevalónico. Análisis
mecanístico de las reacciones enzimáticas. Terpenos, esteroides, carotenoides:
Aplicación de métodos
cromatográficos y espectroscópicos.
TEMA 9.
ESTEROIDES.
Caracteres generales. Rasgos estructurales diferenciales del grupo. Estereoisomerías. Nomenclatura. Análisis
conformacional. Aplicaciones a los núcleos de colestano, colano, pregnano y androstano. Curso estérico de
las reacciones. Epimerización en C3. Velocidad de esterificación y oxidación de alcoholes esteroidales.
Hidrogenación de esteroides. Esteroles. Caracteres generales. Colesterol. Acidos biliares. Hormonas de tipo
esteroide. Estructura de los principales términos. Aplicación de métodos cromatográficos y espectroscópicos.
TEMA 10.
PROTEINAS: AMINOÁCIDOS. EL ENLACE PEPTÍDICO.
Composición y tamaño de la molécula proteica. Estructura de los aminoácidos proteicos y no proteicos.
Estereoquímica, propiedades generales y reacciones características. Propiedades iónicas. Curvas de titulación.
El enlace peptídico. Descripción Diagramas conformacionales. Formulación covalente de péptidos. Nomenclatura.
Hidrólisis de la unión peptídica. Hidrólisis química. Mecanismo y velocidades de hidrólisis. Hidrólisis enzimática.
TEMA 11.
PROTEINAS: ESTRUCTURA PRIMARIA. SÍNTESIS DE PÉPTIDOS.
Niveles de Organización estructural de las proteínas. Estructura primaria. Métodos generales de estudio y
manipulación proteica. Desnaturalización proteica. Determinación de estructura primaria de proteínas.
Identificación de restos amino y carboxilo terminales. Métodos de clivaje selectivo químicos y enzimáticos.
Degradación secuencial de Edman. Tratamiento y localización de enlaces disulfuro. Ordenamiento de los
fragmentos peptídicos.
Síntesis química de péptidos: Grupos protectores. Reacciones de activación y acoplamiento. Método en fase sólida
de Merrifield. Método del anhídrido mixto.
TEMA 12.
PROTEINAS: ARQUITECTURA PROTEICA. ESTRUCTURA SECUNDARIA, TERCIARIA Y CUATERNARIA
Factores que determinan la conformación de un polipéptido. Diagrama de Ramachandran.
Estructura secundaria: Modelos: alfa-Hélice, hoja beta y giros beta. Descripción y estabilización. Métodos
espectroscópicos de análisis. Estructuras y propiedades de las proteínas fibrosas: alfa y beta queratinas,
colágeno y elastina.
Estructura terciaria de proteínas globulares. Estructura supersecundaria y dominios. Temodinámica y cinética del
plegado proteico. Estructura terciaria de proteínas globulares. Estructuras
cuaternaria: Hemoglobina.
Consideraciones estructurales y funcionales.
Análisis de los sitios activos y mecanismos catalíticos de enzimas hidrolíticas: quimotripsina, lisozima y
ribonucleasa.
TEMA 13.
NUCLEÓSIDOS FOSFATO. BIOENERGÉTICA
Bases púricas y pirimídicas. Estructura, nomenclatura y química de nucleósidos y nucleótidos. Compuestos con
enlace fosfato. Ciclo de los nucleósidos fosfato. Variación de energía libre de las reacciones bioquímicas.
Bases estructurales. Potencial de transferencia de grupo fosfato. Reacciones acopladas. Fosfágenos.
TEMA 14.
ACIDOS NUCLEICOS: QUIMICA DE LOS ACIDOS NUCLEICOS. ESTRUCTURA DE ADN.
Estructuras covalente de los ácidos nucleicos: Acidos ribo y desoxiribonucleicos. Representaciones. Nomenclatura.
Hidrólisis ácida, básica y enzimática. Apareamiento de bases. Constitución y estructura del ADN: Modelo de
Watson y Crick. ADN “A”,“B” y “Z”. Propiedades del ADN en disolución: Desnaturalización, etapas. Efecto
hipercrómico y punto de fusión.
TEMA 15.
ACIDOS NUCLEICOS: ESTRUCTURA DE RNA. SECUENCIAMIENTO DE ADN.
Estructura de ARN mensajero, ARN de transferencia y ARN ribosómico. Mecanismos de reacción implicados en la
replicación de ADN, en el metabolismo del ARN y en la síntesis proteica. Aspectos químicos y estructurales en
procesos de mutación. Secuenciamiento de ADN.
TEMA 16.
VITAMINAS.
Caracteres
generales. Clasificación. Vitaminas liposolubles e hidrosolubles. Vitaminas A. Estructuras.
Provitaminas. Rol biológico: mecanismo de la visión. Vitaminas D. Provitaminas. Irradiación de esteroles.
Vitaminas D2 y D3. Metabolitos activos. Estructuras y funciones. Vitaminas E (tocoferoles).Rol biológico.
Estructuras y mecanismos. Vitaminas K. Estructuras. Actividad antihemorrágica.
TEMA 17.
VITAMINAS
Vitaminas y coenzimas. Coenzimas de las oxidorreductasas: Nucleótidos de nicotinamida. Nucleótidos de
flavinas (Vitamina B2). Estructuras y mecamismos. Ubiquinona (Vitamina Q). Mecanismos de la oxidorreducción.
Citocromos. Vitamina C.
TEMA 18.
VITAMINAS
Vitaminas y coenzimas. Coenzimas del metabolismo de C 1. Adenosilmetionina. "Metilo activo".
Tetrahidrofolato. Mecanismos de reacción. Biotina. Proceso de carboxilación. Vitamina B12. Coenzimas del
metabolismo de C2. Pirofosfato de tiamina (Vitamina B1). Mecanismo de reacción. Participación en la
transferencia de grupos acilo y en las transcetolasas. Acido lipoico. Coenzima A: reacciones del grupo carboxilo y
del grupo metilo. Otras coenzimas transportadores de grupos. Difosfato de uridina. Difosfato de citidina.
Fosfato de piridoxal (Vitamina B6). Mecanismo de acción.
Trabajos prácticos de laboratorio
Lab 1: INTRODUCCIÓN AL EMPLEO DE TÉCNICAS ESPECTROSCÓPICAS EN LA DILUCIDACIÓN DE
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ESTRUCTURAS ORGÁNICAS. Resolución de espectros de RMN de H y C.
Lab 2: ESTRUCTURA Y QUÍMICA DE LOS COMPUESTOS HETEROCICLICOS: Tansformaciones
quimicas del anillo furano.
Lab 3: COMPUESTOS HETEROCÍCLICOS DE INTERÉS BIOLÓGICO:
Extracción, purificación
y
caracterización de cafeína a partir de sus fuentes naturales.
Lab 4:COMPUESTOS HETEROCÍCLICOS DE INTERÉS BIOLÓGICO:
Extracción y purificación de
clorofila a partir de fuentes naturales obtención de feofitina. Caracterización por espectroscopía
UV.
Lab 5: CARBOHIDRATOS: Reacciones sobre monosacáridos. Hidrólisis de almidón.
Lab 6: CARBOHIDRATOS: Cromatografía gaseosa de derivados de monosacáridos.
Lab 7: LÍPIDOS: Extracción y caracterización de fosfolípidos a partir de fuentes naturales.
Lab 8: ESTEROIDES: Extracción. purificación y caracterización de estrógenos y pregnandiol a partir de
orina humana.
Lab 9: PROTEÍNAS: Titulación de aminoácidos. Caracterización de aminoácidos por técnicas
cromatográficas. Hidrólisis química de proteínas. Electroforesis de proteínas séricas.
Lab 10: ACIDOS NUCLEICOS: Extracción, purificación y caracterización de ácidos nucleicos a partir de
fuentes naturales.
BIBLIOGRAFÍA
-ORGANIC CHEMISTRY. 2da. Edition.G.Marc LOUDON. Editorial Benjamin
-QUIMICA ORGANICA. 2da. Edición.Andrew STREITWIESER. Ed. Interamericana
-ORGANIC CHEMISTRY. J. Mc MURRY. 3ra Edición 1994. Ed Interamericana
-QUIMICA ORGANICA. Francis Carey ·3 Edicion 1999. Ed. Mc Graw Hill.
-ORGANIC CHEMISTRY J. Clayden, N. Greeves, S. Warren, and P. Wothers, 2000.Oxford University Press.
-BIOCHEMISTRY. Lubert STRYER 3 Edition 1998. Ed. Freemon
-BIOQUÍMICA. D.y J. Voet 1992. Ed. Omega
-BIOQUIMICA. Albert L. LEHNINGER. 2da. Ed. Ediciones Omega
-PRINCIPIOS DE BIOQUIMICA. Albert L. LEHNINGER. Ediciones Omega
-BIOQUIMICA. Mathews, C and Van Holde, K E. Ed. McGraw- Hill Interamericana. Segunda edición. 1998.
-QUIMICA ORGANICA. ESTRUCTURA Y FUNCION. Vollhardt, P and Schore, N. Ed. Omega. 3ra Edición, 2000.
-ADVANCE ORGANIC CHEMISTRY. Jerry MARCH. 3era. Ed. Wiley –Interamericana
-THE ORGANIC CHEMISTRY OF PEPTIDES. Harry D-LAW. Ed. Wiley
-RODD'S CHEMISTRY OF ORGANIC COMPOUNDS. Second Edition. Vol I, Part F. Ed.S Coffey
-BIOORGANIC CHEMISTRY Hermann Dugas. 3rd Edition 1996. Springer Verlang
-ORGANIC CHEMISTRY OF SECONDARY PLANT METABOLISM. T.A. Geisman, D.H.G. Crout. Freeman,
Cooper
-THE BIOSYNTHESIS OF SECONDARY METABOLITES. Richard B. HERBERT. 2nd. Edition. Chapman and Hall
-ORGANIC STRUCTURE DETERMINATION. D.J. Pasto, C.R. Johnson. Prentice-Hall-INC
-IDENTIFICACION ESPECTROMETRICA DE COMPUESTOS ORGANICOS. R.M. SILVERSTEIN, G.C.
BASSLER Y T.C. MORILL Ed. Diana
-STRUCTURE ELUCIDATION OF NATURAL PRODUCTS BY MASS ESPECTROMETRY, Vol. I, Vol.II. H.
BUDZIKIEWICZ, C. DJERASSI Y D.H. WILLIAMS.Holden-Day , INC
-OPTICAL ROTATORY DISPERSION AND CIRCULAR DICHOISM IN ORGANIC CHEMISTRY. G. Snatzke. Ed.
Heyden and Son limited, 1967.
REGLAMENTO GENERAL PARA LA REALIZACION Y APROBACION DE LA MATERIA
La asignatura Química Orgánica II para las carreras de Bioquímica y Licenciatura en Biología Molecular,
tendrán la modalidad de clases Teórico-Prácticas y Trabajos Prácticos de Laboratorio.
Las clases Teórico-Prácticas requerirán para su aprobación el 80 % de asistencia a las mismas.
En cuanto a los Trabajos Prácticos de Laboratorio el alumno conocerá con anticipación el trabajo o grupo de
trabajos a realizar, que estarán indicados en el avisador de la Cátedra. Se recomienda la observación periódica
del mismo.
Antes de concurrir al laboratorio a realizar un trabajo práctico se habrá dictado la teoría que complementada
con los textos a su alcance y los protocolos de laboratorio, han de constituir el material que deberá estudiar
previo a la realización de los mismos.
Se tendrá como exigencia fundamental que el alumno vaya al laboratorio a realizar un trabajo con un mínimo
de conocimientos del mismo en la doble faz de ejecución y fundamentación, lo que se comprobará sometiendo
al alumno, previo al trabajo, a una breve examinación escrita, que deberá aprobar para poder realizar el
trabajo.
Cada alumno será citado a tres (3) Examinaciones Parciales.
Se establece como requisito para poder rendir una examinación parcial que el alumno haya aprobado la totalidad
de los Trabajos Prácticos de Laboratorio objeto de esa examinación.
Para dar por satisfechos los trabajos prácticos de la materia, los alumnos deberán aprobar el 100 % del plan
respectivo, tanto en lo que hace a la realización de los mismos como a la aprobación de las examinaciones
parciales fijadas.
Recuperaciones: De acuerdo a la Reglamentación Vigente (Ordenanza 13/03-CS), cada uno de los parciales se
podrá recuperar una vez y solo se podrá acceder a la segunda instancia de recuperación en uno de ellos.
Serán contempladas las excepciones previstas en dicha Reglamentación.
Examinación final: La examinación final será oral y/o escrita, a determinar oportunamente. En caso de evaluación
oral se sorterán dos bolillas, que constan de dos temas cada una de acuerdo al programa de examen descripto a
continuación, para iniciar la evaluación. Los temas sorteados no son excluyentes respecto del resto del programa
de la Asignatura.
PROGRAMA DE EXAMEN
Bolilla 1: Tema 1 y Tema 10
Bolilla 2:
Tema 2 y Tema 11
Bolilla 3:
Tema 3 y Tema 12
Bolilla 4:
Tema 4 y Tema 13
Bolilla 5:
Tema 5 y Tema 14
Bolilla 6:
Tema 6 y Tema 15
Bolilla 7:
Tema 7 y Tema 16
Bolilla 8:
Tema 8 y Tema 17
Bolilla 9:
Tema 9 y Tema 18